wersja mobilna
Online: 302 Piątek, 2018.06.22

Prezentacje

Panele pojemnościowe EDT w technologii PolyTouch

wtorek, 29 listopada 2011 12:17

Każdy, kto obserwuje rozwój elektroniki w ostatnich latach, na pewno zauważył coraz częstszą obecność kolorowych wyświetlaczy TFT w różnego rodzaju aplikacjach. Dzięki temu coraz bardziej popularne stają się panele dotykowe ułatwiające intuicyjną komunikację z urządzeniem. Do tej pory na rynku królowały panele rezystancyjne - ze względu na prostotę wykonania, cenę i łatwość implementacji w urządzeniu końcowym.

Rys. 1. Dwie warstwy czujników w panelu pojemnościowym

Panele pojemnościowe zarezerwowane były dla dużych koncernów produkujących telefony komórkowe. Trend ten na szczęście powoli się zmienia. Naprzeciw konstruktorom, którzy chcieliby skorzystać z zalet paneli pojemnościowych, wyszła firma EDT.

Panele pojemnościowe wprowadzone niedawno do oferty przez firmę EDT dostępne są w przekątnych od 8,9cm do 17,8cm (3,5"-7,0"). Przeznaczone są one do zastosowań konsumenckich, jak i przemysłowych. Sprzedawane są wraz z wyświetlaczami TFT (rodzina wyświetlaczy G-ET), dzięki czemu unika się części pracy związanej z przymocowaniem panelu pojemnościowego.

Jak funkcjonuje i wykonany jest PolyTouch?

Rys. 2. Przekrój panelu pojemnościowego firmy EDT

PolyTouch to technologia pojemnościowych paneli dotykowych (PCT - Projective Capacitive Touch), wprowadzona na rynek przez tajwańskiego producenta EDT (Emerging Display Technologies). Określana jest ona jako "mutual-capacitance" i zaliczana do najnowszych rozwiązań tego typu.

Korzysta się tutaj z faktu, że większość obiektów przewodzących jest w stanie gromadzić ładunek, jeśli znajdują się blisko siebie. Jeśli inny obiekt przewodzący (np. palec) znajdzie się w ich pobliżu, to zaburzy rozkład tego ładunku. W panelach typu mutual-capacitance przezroczyste przewodniki wykonane z ITO (tlenek indowo-cynkowy) tworzą sieć czujników. Mają one kształt "diamentów".

Rozróżnić można warstwę ich "kolumn" oraz "rzędów" (rys. 1). W zależności od przekątnej panele firmy EDT wyposażone są od 14×10 do 28×16 czujników. Znajdują się one między dwoma szybami o twardości 7H (rys. 2). Dzięki właściwościom materiałów wykorzystanych do produkcji udało się osiągnąć przepuszczalność światła przez panel powyżej 85%.

Jak określane są koordynaty po dotknięciu panelu?

Rys. 3. Normalna sytuacja przy dotknięciu panelu

Każda elektroda przypisana do danego rzędu lub kolumny "diamentów" z ITO jest nieustannie skanowana przez specjalizowany kontroler firmy FocalTech z serii FT5×06. Miejsce dotknięcia ustalane jest poprzez śledzenie zmiany ładunku dla sąsiednich czujników i estymację wyniku (rys. 3).

Zaimplementowane w sterowniku algorytmy umożliwiają dokładne określenie miejsca dotknięcia panelu i rejestrację aż do pięciu jednoczesnych zdarzeń. Rozdzielczość panelu równa jest liczbie sensorów pomnożonych przez 64 (tabela 1).

Dzięki zaimplementowanym algorytmom niwelowane są również wpływy wahań temperatury, wilgotności i pojemności pasożytniczych. Panele charakteryzują się też wysokim stosunkiem sygnał-szum.

Komunikacja ze światem zewnętrznym

Rys. 4. Przykładowa ramka z zarejestrowanymi zdarzeniami

Obsługa panelu sprowadzona jest w zasadzie do minimum. Wszystko to dzięki firmware’owi dostarczonemu przez producenta wraz z kontrolerem. Wszystkie 10 koordynat (x, y) dla 5 zdarzeń związanych z dotknięciami panelu przesyłane są przez kontroler w postaci ramki poprzez interfejs I2C (400 kHz) lub SPI (rys. 4). Wybór rodzaju interfejsu odbywa się podczas początkowej inicjalizacji panelu. Jedyne, o co musi zadbać konstruktor to ustawienie 3 wartości rejestrów:

  • Gain - odpowiedzialnego za czułość,
  • Threshold - odpowiedzialnego za próg wyzwalania,
  • Offset - odpowiedzialnego za liniowość na brzegach panelu.

Rejestry te, inicjalnie zaprogramowane, mają wartości dla przypadku, gdy panel nie jest niczym przykryty. Odpowiednia manipulacja nimi umożliwia osłonięcie panelu szkłem, PMMA, czy materiałem z poliwęglanu. Kontroler nadzorujący umożliwia wybór 3 trybów pracy o zróżnicowanym poborze prądu:

  • Active Mode (~12mA),
  • Monitor Mode (~4mA),
  • Hibernate Mode (<50μA).

Jeśli kontroler nie wykryje dotknięć panelu w określonym przedziale czasu to automatycznie przełączy panel z trybu "Active" do trybu "Monitor". Czas ten możliwy jest do zaprogramowania przez użytkownika. W trybie "Active" skanowanie czujników odbywa się z maksymalną szybkością. W trybie "Monitor" szybkość skanowania obniżona jest do 25Hz (parametr ten jest również możliwy do ustawienia).

Kontroler korzysta wtedy z uproszczonych algorytmów określających miejsce dotknięcia panelu. W przypadku zarejestrowania zdarzenia powrót do trybu "Active" trwa około 70-80ms.

W trybie "Hibernate" nie ma możliwości komunikacji z panelem. Przełączenie panelu ponownie w tryb "Active" możliwe jest tylko w przypadku ustawienia sygnałów /WAKE oraz /RST na stan wysoki. Ponadto dostępne są dla paneli sterowniki współpracujące z systemem operacyjnym Linux.

Korzyści

Tabela 1. Podstawowe dane wyświetlaczy EDT

Panele pojemnościowe firmy EDT są ciekawą pozycją rynkową, mogącą znacznie podnieść atrakcyjność aplikacji wymagających "interakcji" z użytkownikiem. Dzięki możliwości przykrycia wyświetlacza z panelem np. szybą ochronną urządzenia stają się mniej podatne na uszkodzenia mechaniczne i bardziej odporne na warunki środowiskowe.

Możliwość obsługi panelu w rękawiczkach lateksowych czyni z nich idealne rozwiązanie do aplikacji medycznych. Dzięki rejestracji aż do pięciu równoczesnych zdarzeń i sprowadzonej do minimum komunikacji z mikrokontrolerem głównym, w końcu staje się możliwa obsługa gestów znanych ze smartphonów (rozciąganie, obracanie).

Jeśli jednak tak skomplikowany interfejs użytkownika nie jest potrzebny to potencjał takiego panelu można wykorzystać np. poprzez eliminację przypadkowych dotknięć nadgarstkiem.

Marcin Walerian
Glyn GmbH & Co. KG

www.glyn.pl